虚拟仿真云总体方案

1、虚拟仿真云概述

经过多年的建设，各单位已经积累了大量的虚拟仿真资源，取得了显著的成果。但目前仍以线下的分散使用模式为主，存在以下主要问题：

（1）当前大多数应用以C/S架构为主。C/S架构的两层结构存在灵活性差、升级困难、维护工作量大等缺陷，成果难以共享。
（2）多数虚拟仿真应用对终端硬件要求较高，有的甚至需要配置专门的计算机图形工作站。这就使得用户只能在固定的地点、配备固定的设备才可使用。
（3）不同时期基于不同架构、不同引擎开发的系统，难以统一管理。
（4）知识产权保护和保密工作开展困难，与一定范围内的共享使用形成了矛盾。

SaaS（Software-as-a-Service软件即服务）是近年来兴起的一种新型软件应用模式，具有建设方式灵活多样等特点，逐渐受到了高校、科研单位等实验环境建设方的青睐。

基于以上问题，平行云特提出建设“虚拟仿真云”的设想：提供一个开放式的虚拟仿真云平台，用户可将原本线下应用的虚拟仿真应用程序上传至云端，在指定权限范围内，基于SaaS模式共享使用，实现实验环境搭建从单机、单任务系统向线上多终端系统发展的技术进化，为虚拟仿真资源的高效共享使用提供平台基础。

2、建设目标

2.1 实时共享
实现已有虚拟仿真资源的上传、在线使用，打破地域限制。在一定网络范围内，实现可控的资源共享，解决虚拟仿真资源使用效率不高的问题。

2.2 集中管理
兼容不同架构软件，搭建统一入口的资源管理平台，实现统一部署、集中管理虚拟仿真资源的目的。集中管理可以保护数据安全，便于维护升级，解决运维及管理成本高、扩展性差的问题。

2.3 多端访问
多数虚拟仿真系统运行时需要用到海量存储、高性能计算和图形渲染，对于终端硬件配置要求高。本方案将计算压力放到云端，从而降低虚拟仿真系统使用终端的配置门槛，可随时随地使用任意终端访问，解决实验室硬件利用率不高的问题。

2.4 极简操作
直接使用浏览器访问，具有四个“无需”的特点，从而解决使用繁琐不便的问题：无需下载安装应用程序，无需下载浏览器插件，无需下载仿真数据，无需预载、即点即用。

3、主要功能

3.1 用户管理
实现用户的注册、登录、权限分配等功能。

3.2 虚拟仿真资源管理
实现虚拟仿真资源的上传、部署、共享权限设定以及资源下架等管理功能。

3.3 虚拟仿真资源使用管理
实现虚拟仿真资源使用情况的实时监控、分析查询等统计功能。

3.4 用户访问管理
实现用户基于浏览器的访问，根据使用人数与平台支持的最大并发数，实现实验预约、排队访问的管理功能。

4 体系架构
 

系统的体系架构分为四层：中心管理层、应用服务层、虚拟仿真应用资源层和基础计算资源层，具体见下图。

5 技术路线
针对不同架构的虚拟仿真资源，采用两种技术路线来实现云端部署和使用，如下图所示：

（1）C/S架构
原有系统为C/S架构的，采用云仿真方案后可通过后台管理系统上传并部署应用，直接转为B/S应用模式。

（2）B/S架构
原有系统为B/S架构的，采用VM/Docker技术可进行集中迁移部署。

6 软件体系

6.1 用户管理子系统
用于管理用户的注册、登录和应用使用权限设置。

6.2 应用管理子系统
用于虚拟仿真应用的上传、管理、下架等设置。

6.3 计算资源管理子系统
用于管理分配云端计算资源

6.4 资源监控调度子系统
通过收集并分析每个目标应用在各种帧率下的资源消耗信息，利用多资源最大最小公平性调度算法，在有效保证用户体验质量的前提下，最大化的利用系统资源，在经济性和体验性二者之间实现有效的平衡。

6.5 自适应跨平台客户端
采用WebRTC技术，实现全平台融合和无缝上下行交互，完美兼容Windows、Linux、MAC、安卓、iOS等系统平台。

7 硬件平台

8 管理使用模式

8.1 前台管理使用模式

（1）用户注册与权限分配
可采用用户自行注册或统一分配账号两种不同权限的模式。

（2）预约/排队模式
可根据需求采用预约或者排队两种不同机制的模式。如采用预约模式，用户需提前一定时间预约申请实验资源。如采用排队模式，在有资源空闲的情况下，可即点即用；如当前没有资源空闲，则需要排队等候。

8.2 后台管理使用模式
可根据需要，采用用户自行上传虚拟仿真应用或者由管理员集中管理上传两种模式。建议使用后者，以便于对应用进行集中管理。